KR20200127708A

KR20200127708A - 그리퍼 시스템

Info

Publication number: KR20200127708A
Application number: KR1020190052369A
Authority: KR
Inventors: 윤동원; 김동현
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2019-05-03
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2020-11-11
Also published as: US20210094185A1; KR102182345B1; US11584015B2

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 객체를 파지하기 위한 그리퍼 시스템에 있어서, 복수의 미세유로들이 형성된 파지면을 구비하는 한 쌍의 파지부, 상기 한 쌍의 파지부를 구동시키는 구동부, 상기 복수의 미세유로들과 연결되어 유체를 공급하는 유체 펌프 및 상기 한 쌍의 파지부가 상기 객체를 파지하도록 상기 구동부를 제어하거나, 상기 파지면으로 공급되는 상기 유체의 양을 조절하도록 상기 유체 펌프를 제어하는 제어부를 포함하는, 그리퍼 시스템을 제공한다.

Description

그리퍼 시스템{Gripper system}

본 발명은 그리퍼 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 파지면에서의 마찰계수를 제어하는 그리퍼 시스템에 관한 것이다.

그리퍼(gripper)는 물체를 집거나 원하는 곳에 떨어뜨려 놓기 위해 설계된 기구를 말하며, 구동방법에 따라 열(Thermal), 정전(Electrostatic), 압전(Piezoelectric), 공압(Pneumatic), 혼합(Hybrid) 구동 방식으로 나눌 수 있다.

열 구동 그리퍼는 인가하는 전압에 의해 발생되는 줄(joule) 열에 의한 물질의 열팽창을 이용하는 방식을 이용하여 그리핑하므로, 큰 구동 전압과 에너지 소비 문제 및 바이오 분야에의 응용이 다소 어렵다는 문제점이 있다. 정전형 그리퍼는 인가되는 두 전하 사이의 정전력을 이용하여 물체를 파지하는 방식으로 전압에 대한 구동 변위 및 파지력이 작다는 단점이 있으며, 압전 구동 그리퍼는 정밀한 구동 제어 및 파지력이 크다는 장점이 있으나, 압전 물질이 가지는 고유의 히스테리시스 형상을 최소화해야한다는 문제점이 있다.

한편, 공압 그리퍼는 공압을 이용하므로 전압과 같은 특별한 에너지원이 필요하지 않으며, 바이오 등과 같은 여러가지 응용분야에 응용이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 공압 그리퍼의 경우, 변위 제어 또는 힘 제어 만을 통해 그리핑 동작을 제어하게 되므로, 다양한 모양과 재질의 물체를 잡기 어려운 문제점이 있다.

KR

10-2013-0055783

A(2013.05.29)

본 발명은, 파지면으로 유체를 토출시켜 파지면에서의 마찰계수를 제어하는그리퍼 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 객체의 무게에 대응하는 힘의 크기를 측정하는 힘 센서부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 힘 센서부로부터 측정된 측정값을 기초로 상기 유체 펌프를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 힘 센서부로부터 상기 측정값을 제공받고, 상기 측정값이 사전에 설정된 기준범위를 벗어나는 경우 상기 객체를 파지하는 힘을 조절하도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 미세유로들은 상기 파지면과 연결되는 일단과 상기 일단에 대향되는 타단을 구비하고, 상기 유체 펌프는 상기 복수의 미세유로들의 타단과 연결되는 연결유로를 통해 상기 복수의 미세유로들에 유체를 공급할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 미세유로들 각각은 상기 일단의 단면적이 상기 타단의 단면적과 동일할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 미세유로들 각각은 상기 일단의 단면적이 상기 타단의 단면적보다 넓을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 미세유로들은 상기 일단에 인접한 제1 영역과 상기 타단에 인접한 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역에서의 단면적은 상기 제2 영역으로부터 상기 파지면으로 갈수록 넓어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 영역에서의 단면적은 상기 복수의 미세유로들을 따라 상기 유체가 토출되는 방향에 대하여 일정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 미세유로들은 일정한 간격으로 서로 이격될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 실시예들에 따른 그리퍼 시스템은 파지부의 변위제어뿐만 아니라 유체를 이용한 마찰력 제어를 통해 다양한 재질 또는 형상을 갖는 객체를 보다 안전하면서도 정밀하게 파지할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 그리퍼 시스템은 정밀 제어를 위한 비용을 저감시킬 수 있어 그리퍼의 상용화를 급속도로 유도할 수 있다.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 그리퍼 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 그리퍼 시스템의 동작을 설명하기 위해 한 쌍의 파지부를 발췌하여 도시한 도면이다.
도 3은 파지부에 형성된 복수의 미세유로들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 복수의 미세유로들의 배치형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 복수의 미세유로들의 다양한 실시예들을 나타내는 단면도이다.
도 8은 제어부에서 파지부의 마찰력을 제어하는 프로세스를 순차적으로 도시한 도면이다.
도 9는 유체를 이용해 마찰력을 제어하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 유체를 조절하는 것에 의해 제어되는 마찰력의 이론값과 실험값을 비교하기 위한 그래프이다.

이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 그리퍼 시스템(10)을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 그리퍼 시스템(10)의 동작을 설명하기 위해 한 쌍의 파지부(101)를 발췌하여 도시한 도면이다. 도 3은 파지부(101)에 형성된 복수의 미세유로(111)들을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 복수의 미세유로(111)들의 배치형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 5 내지 도 7은 복수의 미세유로(111)들의 다양한 실시예들을 나타내는 단면도이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 시스템(10)은 한 쌍의 파지부(101), 구동부(120), 유체 펌프(130) 및 제어부(140)를 포함한다.

한 쌍의 파지부(101)는 구동부(120)와 연결되어 서로의 간격을 조절하는 것에 의해 객체(M)를 파지하는 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 제1 파지부(101A)는 제1 암부(100A)와 연결되고, 제2 파지부(101B)는 제2 암부(100B)와 연결될 수 있다. 제1 암부(100A)와 제2 암부(100B)는 구동부(120)에 의해 제어되어 움직이는 것에 의해 객체(M)를 파지하는 힘을 조절하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 파지부(101)가 객체(M)를 들어올리기 위해서는 객체(M)의 무게에 따른 중력보다 큰 힘이 중력의 반대 방향으로 작용하여야 한다. 다시 말해, 한 쌍의 파지부(101)를 통해 객체(M)에 인가되는 힘(F)이 객체(M)의 무게에 의한 중력보다 클 때 객체(M)는 들어올려질 수 있다. 이때, 객체(M)에 인가되는 힘(F)은 한 쌍의 파지부(101)가 파지면(A1)을 통해 객체(M)에 접촉할 때 발생되는 마찰력에 대응될 수 있다. 마찰력(F)은 파지면(A1)과 객체(M) 사이의 마찰계수(μ)와 수직항력(N)으로 나타낼 수 있다(F= μN).

종래의 그리퍼 시스템은 파지부의 재질, 구체적으로 파지부의 파지면의 재질이 정해져 있으므로, 객체(M)와의 관계에서 마찰계수(μ)는 상수값이 되며, 수직항력(N)을 조절하여 객체(M)를 파지하는 힘을 제어할 수 밖에 없었다. 그러나, 상기한 바와 같이 수직항력(N)에 의해서만 객체(M)를 파지하고자 할 때, 객체(M)가 예를 들어 종이컵과 같이 유연한(flexible)한 재질을 갖는 경우 미세한 수직항력(N) 제어가 어려워 객체(M)의 변형을 유발하는 문제점이 발생하기 때문에 다양한 형태 또는 재질의 객체(M)를 파지하는 것이 어렵다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 시스템(10)은 상기한 문제점을 해결하기위한 것으로, 파지부(101)의 구동에 따른 수직항력(N) 제어뿐만 아니라, 파지면(A1)으로 유체를 공급함으로써 파지면(A1)과 객체(M) 사이의 마찰계수(μ)를 제어하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 파지부(101)는 각각 복수의 미세유로(111)들이 형성된 파지면(A1)을 구비할 수 있다.

파지면(A1)은 객체(M)와 직접 접촉하는 면으로서, 객체(M)의 파지를 용이하게 하기 위해 실리콘(silicon)과 같은 재질로 이루어질 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 파지면(A1)은 복수의 미세유로(111)들로 인해 유체가 토출되지 않을 때에는 지문(finger print)와 같은 기능을 수행하여 객체(M)와의 마찰력을 향상시킬 수 있다. 또한, 파지면(A1)은 후술하는 유체 펌프(130)와 유체적으로 연결된 복수의 미세유로(111)들로부터 유체가 공급될 수 있다.

복수의 미세유로(111)들은 파지면(A1)과 연결되는 일단(E1)과 일단(E1)에 대향되는 타단(E2)을 구비할 수 있다. 복수의 미세유로(111)들은 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 일 실시예로서, 도 4를 참조하면, 미세유로(111)는 파지면(A1)의 제1 방향(x방향)을 따라 형성되는 그루브(groove) 형태로 형성될 수 있으며, 복수의 미세유로(111)들은 상기 일방향(x방향)에 수직한 제2 방향(z방향)에 대하여 서로 평행하게 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 상기 제2 방향(z방향)은 객체(M)의 무게에 의해 발생되는 중력 방향일 수 있으며, 복수의 미세유로(111)들은 중력 방향에 수직한 제1 방향(x방향)을 따라 형성되는 것에 의해 파지력을 향상시킬 수 있다.

복수의 미세유로(111)들의 타단은 연결유로(131)와 연결될 수 있다. 연결유로(131)는 복수의 미세유로(111)들과 유체 펌프(130)를 연통시켜 유체 펌프(130)로부터 공급되는 유체를 복수의 미세유로(111)들로 전달할 수 있다.

한편, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 복수의 미세유로(111)들은 일단(E1)과 타단(E2) 사이에 다양한 형태로 형성될 수 있다. 일 실시형태로서, 도 5와 같이, 복수의 미세유로(111)들 각각은 일단(E1)의 단면적이 타단(E2)의 단면적과 동일할 수 있다. 다시 말해, 유체 흐름 방향(y방향)에 대하여 복수의 미세유로(111)들은 균일한 두께를 가질 수 있다.

다른 실시형태로서, 복수의 미세유로(111)들 각각은 일단(E1)의 단면적이 타단(E2)의 단면적보다 넓게 형성될 수 있다. 도시하지 않았지만, 복수의 미세유로(111)들은 타단(E2)에서 일단(E1)으로 갈수록 단면적이 점점 넓어지는 형태로 형성될 수도 있다. 또는, 복수의 미세유로(111)들은 유체 흐름 방향(y방향)에 대하여 영역을 나누어 다른 형상으로 형성될 수도 있다. 다시 말해, 도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 미세유로(111)들은 유체 흐름 방향(y방향)에 대하여 일단(E1)에 인접한 제1 영역(b1)과 타단(E2)에 인접한 제2 영역(b2)을 포함할 수 있다.

복수의 미세유로(111)들의 제2 영역(b2)은 연결 유로(131)를 통해 유체를 공급받는 영역이고, 제1 영역(b1)은 객체(M)와 접촉하는 파지면(A1)과 인접한 영역이다. 이때, 제1 영역(b1)에서의 단면적은 제2 영역(b2)으로부터 파지면(A1)으로 갈수록 넓어질 수 있다. 예를 들면, 도 6과 같이 제1 영역(b1)에서의 단면적은 제2 영역(b2)으로부터 파지면(A1)으로 갈수록 선형적으로 넓어지는 형태, 즉 삼각형상으로 형성될 수 있다. 다른 예로서, 도 7과 같이 제1 영역(b1)에서의 단면적은 제2 영역(b2)으로부터 파지면(A1)으로 갈수록 비선형적으로 넓어지는 형태, 즉 종(bell) 모양으로 형성될 수 있다. 복수의 미세유로(111)들은 파지면(A1)에서의 단면적인 일단(E1)에서의 단면적을 타단(E2)에서의 단면적보다 넓게 형성하는 것에 의해 유체를 통한 마찰력 제어를 보다 용이하게 수행할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 시스템(10)의 다른 구성요소들을 먼저 설명한 후, 유체를 통해 마찰력을 제어하는 방법에 대해서 후술하기로 한다.

다시 도 1을 참조하면, 구동부(120)는 한 쌍의 파지부(101)를 구동시킬 수 있다. 구동부(120)는 한쌍의 파지부(101)와 연결되는 제1 암부(100A)와 제2 암부(100B) 사이의 거리를 조절하거나, 제1 암부(100A) 또는 제2 암부(100B)의 토크(torque)를 조절하는 것에 의해, 한 쌍의 파지부(101)에 의한 파지력을 제어할 수 있다. 구체적으로, 구동부(120)는 제1 암부(100A)와 제2 암부(100B)를 구동시킬 수 있는 모터(motor) 또는 액츄에이터(actuator)를 포함하여, 제1 암부(100A)와 제2 암부(100B)의 간격을 좁히는 것에 의해 객체(M)를 잡거나 간격을 넓히는 것에 의해 객체(M)를 잡는 힘을 해제할 수 있다.

유체 펌프(130)는 복수의 미세유로(111)들과 연결되어 유체를 공급할 수 있다. 이때, 유체는 미리 알고 있는 밀도값(ρ)을 가질 수 있다. 예를 들면, 유체는 물(water)일 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않으며, 밀도값(ρ)을 미리 알 수 있는 어떠한 유체든 적용가능함은 물론이다. 유체 펌프(130)는 저장된 유체를 제어부(140)에 의해 제어된 양만큼 복수의 미세유로(111)로 공급할 수 있다.

제어부(140)는 구동부(120) 및 유체 펌프(130)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(140)는 한 쌍의 파지부(101)가 움직여 객체(M)를 파지하도록 구동부(120)를 제어하거나, 파지면(A1)으로 공급되는 유체의 양을 조절하도록 유체 펌프(130)를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 시스템(10)은 힘 센서부(150)를 더 포함할 수 있다. 힘 센서부(150)는 한 쌍의 파지부(101)에 의해 파지되는 객체(M)의 무게에 대응되는 힘의 크기를 측정할 수 있다. 힘 센서부(150)는 파지부(101)에 배치되거나, 파지부(101)와 연결되는 암부(100A, 100B)에 배치되어 객체(M)의 무게에 대응되는 힘의 크기를 측정할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 그리퍼 시스템(10)에서 유체를 조절하여 파지부(101)에서의 마찰력을 제어하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 8은 제어부(140)에서 파지부(101)의 마찰력을 제어하는 프로세스를 순차적으로 도시한 도면이고, 도 9는 유체를 이용해 마찰력을 제어하는 원리를 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 유체를 조절하는 것에 의해 제어되는 마찰력의 이론값과 실험값을 비교하기 위한 그래프이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(140)는 먼저, 구동부(120)를 이용하여 파지부(101)의 움직임을 제어해 발생되는 수직항력을 기준힘(reference force)으로 설정할 수 있다(S1). 이후, 제어부(140)는 상기한 힘 센서부(150)로부터 측정된 측정값, 다시 말해, 객체(M)의 무게에 대응되는 힘의 크기인 측정힘(measured force)을 제공받을 수 있다. 제어부(140)는 힘 센서부(150)로부터 측정된 측정값을 기초로 유체 펌프(140)를 제어할 수 있다(S3).

보다 구체적으로, 제어부(140)는 힘 센서부(150)로부터 제공되는 측정힘을 기준힘과 비교하고, 차이가 발생하는 경우 유체 펌프(140)를 통해 유체를 공급할 수 있다. 이때, 제어부(140)는 유체의 밀도값(ρ), 미세유로(111)의 형상 등에 대한 정보가 사전에 저장되어 있을 수 있다. 제어부(140)는 측정힘과 기준힘과의 차이에 의해 요구되는 추가 마찰력을 계산하고, 사전에 저장된 유체의 밀도값(ρ), 미세유로(111)의 형상 정보를 이용하여 추가 마찰력을 위한 유체의 공급량을 도출할 수 있다. 여기서, 미세유로(111)의 형상 정보는 미세유로(111)의 전체 길이, 미세유로(111)의 제1 영역(b1)에서의 높이(h), 단면의 형상, 일단(E1)에서의 단면적 등일 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 시스템(10)은 파지면(A1)에 공급되는 유체에 의한 표면 장력을 이용하여 마찰력을 제어하는 것을 기본 원리로 한다. 유체의 표면 장력에 의해 유체 근처의 객체들과 유체 사이에는 표면 장력이 발생하게 되는데, 접촉 면적이 늘어나게 되면 인력 또한 증가하여 유체가 풀(glue)과 같은 기능을 수행하게 된다. 따라서, 그리퍼 시스템(10)은 복수의 미세유로(111)들에 공급되는 유체의 양을 조절하여 접촉 면적을 제어할 수 있고, 이를 통해 파지부(101)에서의 마찰력을 제어할 수 있게 된다.

이때, 미세유로(111)에서 발생되는 전체표면장력(Fad)은 하기의 수학식에 의해 계산될 수 있다. 이때, 유체는 물인 경우를 예로 든다.

[수학식 1]

[수학식 2]

상기의 수학식 1 및 수학식 2는 도 9의 (a) 및 (b)와 같이 유체 흐름 방향(y방향)에 대하여 복수의 미세유로(111)의 제1 영역(b1)에서의 단면적이 일정하지 않은 경우의 수학식이다. 예를 들어, 도면과 같이 복수의 미세유로(111)의 제1 영역(b1)이 종모양으로 형성되는 경우일 수 있다. 여기서,

는 파지면(A1)과 접하는 면에서의 표면장력을 나타내며,

는 미세유로(111)의 제1 영역(b1)의 측면에서의 표면장력을 나타낸다. 또한, α_adh, β_adh는 각 표면장력에 대한 계수(coefficient)를 나타내며, 미세유로(111)의 모양에 따라 달라지는 값일 수 있다.

예를 들어, 도 9의 (a)와 같이, 유체가 미세유로(111) 내부에 꽉 차게 되는 경우 수학식 1에 의해 전체표면장력(Fad)이 결정될 수 있으며, 도 9의 (b)와 같이 유체가 미세유로(111)의 제1 영역(b1)의 반 이하로 채워지는 경우에는 수학식 2에 의해 전체표면장력(Fad)이 결정될 수 있다. 그러나, 전체표면장력(Fad)은 수학식 1 및 수학식 2로만 결정되는 것은 아니며, 미세유로(111) 형상에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 미세유로(111)의 제1 영역(b1)에서 유체 흐름 방향(y방향)에 따라 단면적이 동일하게 형성되는 경우, 다시 말해, 미세유로(111)의 단면형상이 사각형인 경우에는 하기의 수학식 3과 같이 전체표면장력(Fad)이 계산될 수 있다.

[수학식 3]

여기서,

는 파지면(A1)과 접하는 면에서의 표면장력을 나타내며,

는 미세유로(111)의 제1 영역(b1)의 측면에서의 표면장력을 나타낸다. h는 미세유로(111)의 제1 영역(b1)에서의 높이이며, d는 공급되는 유체의 높이를 나타낸다. A는 미세유로(111)의 전체 넓이를 나타내며, B는 미세유로(111)의 측면의 넓이를, n은 물체 내 미세유로의 개수를 나타낸다.

상기와 같이, 제어부(140)는 형상이 정해진 복수의 미세유로(111)로 유체의 양을 조절하면서 공급하는 것에 의해(S4), 파지면(A1)에서의 마찰력을 제어할 수 있게 된다(S5). 이를 통해, 그리퍼 시스템(10)은 파지부(101)의 변위제어뿐만 아니라 마찰력 제어를 통해 객체(M) 무게 변화에 따른 미세한 힘 제어가 가능할 수 있다. 또는, 그리퍼 시스템(10)은 유체의 공급량을 일정량 이상으로 공급함으로써, 유체에 의한 파지면(A1)에서의 미끄러짐 현상(수막현상)을 발생시킬 수 있고, 파지부(101)의 변위 제어 없이도 객체(M)의 파지를 해제시킬 수도 있다.

한편, 제어부(140)는 힘 센서부(150)로부터 측정값을 제공받고, 기준힘과 비교하여 사전에 설정된 기준번위를 벗어나는 경우, 다시 말해, 유체를 통한 마찰력 제어로는 객체(M)를 파지할 수 없다고 판단되는 경우에는 파지부(101)의 변위제어를 통해 객체(M)를 파지하는 힘을 조절하도록 구동부(120)를 제어할 수 있다.

도 10은 상기 원리를 이용하여 계산된 이론 마찰력 값과 실측 마찰력 값을 비교한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 시스템(10)에서의 마찰력 제어는 10% 이내 오차범위에서 일치를 보이고 있음을 확인할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 그리퍼 시스템은 파지부의 변위제어뿐만 아니라 유체를 이용한 마찰력 제어를 통해 다양한 재질 또는 형상을 갖는 객체를 보다 안전하면서도 정밀하게 파지할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 그리퍼 시스템은 정밀 제어를 위한 비용을 저감시킬 수 있어 그리퍼의 상용화를 급속도로 유도할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10 : 그리퍼 시스템
100A, 100B : 제1 암부, 제2 암부
101 : 파지부
A1 : 파지면
111 : 미세유로
120 : 구동부
130 : 유체 펌프
140 : 제어부
150 : 힘 센서부

Claims

객체를 파지하기 위한 그리퍼 시스템에 있어서,
복수의 미세유로들이 형성된 파지면을 구비하는 한 쌍의 파지부;
상기 한 쌍의 파지부를 구동시키는 구동부;
상기 복수의 미세유로들과 연결되어 유체를 공급하는 유체 펌프; 및
상기 한 쌍의 파지부가 상기 객체를 파지하도록 상기 구동부를 제어하거나, 상기 파지면으로 공급되는 상기 유체의 양을 조절하도록 상기 유체 펌프를 제어하는 제어부;를 포함하는, 그리퍼 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 객체의 무게에 대응하는 힘의 크기를 측정하는 힘 센서부;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 힘 센서부로부터 측정된 측정값을 기초로 상기 유체 펌프를 제어하는, 그리퍼 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 힘 센서부로부터 상기 측정값을 제공받고, 상기 측정값이 사전에 설정된 기준범위를 벗어나는 경우 상기 객체를 파지하는 힘을 조절하도록 상기 구동부를 제어하는, 그리퍼 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 미세유로들은 상기 파지면과 연결되는 일단과 상기 일단에 대향되는 타단을 구비하고,
상기 유체 펌프는 상기 복수의 미세유로들의 타단과 연결되는 연결유로를 통해 상기 복수의 미세유로들에 유체를 공급하는, 그리퍼 시스템.
제4 항에 있어서
상기 복수의 미세유로들 각각은 상기 일단의 단면적이 상기 타단의 단면적과 동일한, 그리퍼 시스템.
제4 항에 있어서,
상기 복수의 미세유로들 각각은 상기 일단의 단면적이 상기 타단의 단면적보다 넓은, 그리퍼 시스템.
제4 항에 있어서,
상기 복수의 미세유로들은 상기 일단에 인접한 제1 영역과 상기 타단에 인접한 제2 영역을 포함하며,
상기 제1 영역에서의 단면적은 상기 제2 영역으로부터 상기 파지면으로 갈수록 넓어지는, 그리퍼 시스템.
제7 항에 있어서,
상기 제2 영역에서의 단면적은 상기 복수의 미세유로들을 따라 상기 유체가 토출되는 방향에 대하여 일정한, 그리퍼 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 미세유로들은 일정한 간격으로 서로 이격되는, 그리퍼 시스템.